Die Güte von Ultraschall-Systemen wird sehr stark durch die Beamformingfähigkeiten und -characteristika der Ultraschallplattform definiert.
Dynamische Fokussierung, Beamforming, Amplitudengewichtung durch Apodisierung, Pulskodierung und Steuern der Größe der Scanstrategie, mit der ein Ultraschallwandler angesteuert wird sind traditionelle Faktoren, die in der Ultraschallmesstechnik wichtig sind.
Hinzu kommt die gleichzeitige Erfassung mehrerer Beams zur Reduktion der Aufnahme- und Verarbeitungszeiten und neuartige Schallrekonstruktionstechniken mit ebenen Wellenanregungen.
Vor allem für Forschungs-und Entwicklungsarbeit ist es interessant, vollständige Kontrollmöglichkeiten über die Parameter zu haben, die für obige Verfahren grundlegend sind.
Die Ultraschallforschungsplattform "DiPhAS" (Digital Phased-Array System), das in der sechsten Generation vorliegt, bietet die volle Kontrolle über all diese Parameter und Schnittstellen zu allen Verarbeitungsschritten.

Weitere Informationen finden Sie hier in der detaillierten Beschreibung des Systems.

Die Entwicklung von neuen Verfahren und Techniken der Ultraschall-Bildgebung und -Messtechnik erfordert in der Regel die Verwendung von gemessenen hochfrequenten Ultraschall-Rohdaten oder sogar die Einzelelementmessdaten.
Kommerzielle Ultraschallsysteme für die Forschung bieten diesen Zugriff nur in sehr eingeschränkter Weise und nicht mit vollem Funktionsumfang und Möglichkeiten.
Wir bieten eine umfangreiche Ultraschall-Plattform für die Forschung einschließlich einer Software-Architektur zur Steuerung und Analyse von Systemparametern des Beamforming, Signal- / Bildverarbeitung, einschließlich massiv parallelisierter GPU-Beschleunigung (NVidia CUDA) mit Unterstützung von 3-D-Volumenrekonstruktion und Zugriff auf Einzelelementdaten.
Die skalierbare Hardware-Plattform und die Software-Implementierung mit Closed-Loop-fähigem Plug-In-Kontept erlaubt die klinische Validierung von neuen Algorithmen in einem Medizinprodukt mit Zertifizierung für den klinischen Einsatz ohne erneute klinische Validierung.

Weitere Informationen finden Sie hier in der Beschreibung über die Softwarearchitektur für Ultraschallforschung.

In der heutigen Zeit gewinnt Mobile Computing auch in der medizinischen Bildgebung immer mehr an Bedeutung. Bestehende Lösungen ermöglichen zwar die Darstellung von Standard-DICOM-Bilddaten, aber das Fraunhofer IBMT geht mit der entwickelten App weit über diese Limits hinaus und ermöglicht die Nutzung einer kompletten Ultraschall-Signalverarbeitungkette inklusive spektraler Analyse und Bilderstellung auf iOS-Geräten, wie dem iPad oder iPhone.

Die iOS App bietet den grundlegenden Funktionsumfang der IBMT-PC-Software „Offline-Analysis-Tool“ für die Signalanalyse, sowie die Entwicklung eigener applikationsbezogener Algorithmen und den Datenexport.

Weitere Informationen zu der iPhone und iPad App für mobile Ultraschall-Signalverarbeitung finden Sie hier. 

Die Rekonstruktion und Visualisierung dreidimensionaler Volumeninformation im dreidimensionalen Kontext kann die Deutung der enthaltenen Information erleichtern, wie zum Bespiel dem Arzt die Diagnose durch die Darstellung unterschiedlicher Bildebenen und unterschiedlicher Datensätze erleichtert wird. Um eine Rekonstruktion von Ultraschalldaten zu einem Volumendatensatz zur Weiterverarbeitung und Visualisierung zu erzielen werden die Aufpunkte und Richtungen aller Ultraschalllinien erfasst und ausgewertet. Die Rekonstruktion solcher unregelmäßiger Datensätze erfordert andere Techniken als die bekannten tomographischen Rekonstruktionsverfahren der Computertomographie. Die Visualisierungsmethoden für Ultraschalldaten unterscheiden sich von CT- oder MRT-Verfahren. Sie basieren auf indirekten Verfahren zur Berechnung von Iso-Oberflächen oder auf direkten Verfahren des Ray-Casting oder Splatting, die an spezielle Anwendungsgebiete angepasst werden können. Die anwendunsspezifische Rekonstruktion und Visualisierung von Messdaten gewährleistet die Kombination von einfachster Gerätehandhabung und einem Maximum an Information.

Ultraschall ist eine mechanische Welle, die beim Durchgang durch ein Medium in ihren Eigenschaften wie Amplitude, Frequenz und Phase verändert wird. Diese Veränderungen sind messbar. Jedoch erst die Erforschung und Entwicklung von Verfahren zur Erzeugung der Schallwellen in Kombination mit entsprechenden Algorithmen zur Signalverarbeitung erlaubt die Generierung von sicheren Messwerten und informativen und qualitativ hochwertigen Abbildungen. Verfahren zur Dopplerauswertung, Speckle Tracking, Streuerauswertung, Dämpfungsmessung und Elastografie ebenso wie die Auswertungen der spektralen Information wie 2nd-Harmonic und Sub-Harmonic Imaging und Coded Excitation und Matched Filter Verfahren werden zur Produktentwicklung entsprechend den Anforderungen der Anwendung genutzt, evaluiert und weiterentwickelt. Dabei liegt ein Schwerpunkt in der automatisierten Auswertung zur Erzeugung zuverlässiger Messwerte.

In der modernen Medizin ist beim Einsatz von minimalinvasiven Therapien eine direkte Vor-Ort-Kontrolle der Therapie ohne technische Hilfe durch den behandelnden Arzt meist nur schwer möglich. Aufgrund minimalinvasiver Zugänge ist das Sichtfeld für eine optische Kontrolle behindert und bedingt durch neuartige Behandlungsverfahren, wie im Falle der Tumortherapie mittels Laser und Radiofrequenzablation ist die erzielte Wirkung der Therapie nicht direkt erkennbar. Mit Hilfe der nicht-invasiven Ultraschalltechnolgie kann dem Behandler durch die Verbindung einer anwendungsspezifischen Signalgenerierung und Signalverarbeitung sowie einer auf die Behandlung abgestimmten Datenaufbereitung und Visualisierung direkt ohne zeitliche Verzögerung eine Hilfestellung für die Durchführung der Therapie gegeben werden. Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich intensiv mit der Kontrolle thermischer Therapien, z.B. in der Opthalmologie zur Behandlung des Stars sowie in der Leberchirurgie bei der Behandlung fokaler Weichteilläsionen.

Bei einer Vielzahl von chirurgischen Eingriffen werden präoperativ erhobene CT- bzw. MRT-Datensätze zur OP-Planung und anschließenden Navigation und Registrierung genutzt. Dabei muss von einer Strahlenbelastung (CT) und einer nicht gegebenen Echtzeitfähigkeit dieser Systeme für den intraoperativen Einsatz ausgegangen werden. Eine kostengünstige, echtzeitfähige und nicht-invasive Alternative stellt der Einsatz von Ultraschallsystemen dar. Diese können je nach Applikationsanforderungen eindimensionale-, zweidimensionale oder dreidimensional-Systeme sein, die in Kombination mit applikationsspezifischen Filter- und Visualisierungstechniken chirurgische Eingriffe sicher und patientenschonender machen. Wir entwickeln für den Auftraggeber applikationsspezifische Lösungen für die intraoperative Navigation mittels Ultraschall.